DE102023004034A1 - Computer-implemented method for estimating the pull-out direction of formed components, method for generating geometric models, formed component and method for its production, and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Schätzung der Auszugsrichtung (1) von Umformbauteilen (2). Das erfindungsgemäße Verfahren ist gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:- Bereitstellen eines Geometriemodells (3) des Umformbauteils (2);- Diskretisierung des Geometriemodells (3) zum Ableiten eines sich aus einer Vielzahl an Elementen (4) zusammensetzenden Bauteilnetzes (5);- Ermitteln des Normalenvektors (6) für jedes Element (4) des Bauteilnetzes (5);- Ermitteln eines gemittelten Normalenvektors (7) von zumindest einer Teilmenge der Elemente (4) des Bauteilnetzes (5); und- Gleichsetzen der Orientierung des gemittelten Normalenvektors (7) mit der abgeschätzten Auszugsrichtung (1).The invention relates to a computer-implemented method for estimating the pull-out direction (1) of formed components (2). The method according to the invention is characterized by the following method steps:- providing a geometric model (3) of the formed component (2);- discretizing the geometric model (3) to derive a component mesh (5) composed of a plurality of elements (4);- determining the normal vector (6) for each element (4) of the component mesh (5);- determining an averaged normal vector (7) of at least a subset of the elements (4) of the component mesh (5); and- equating the orientation of the averaged normal vector (7) with the estimated pull-out direction (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen, zwei Verfahren zur Erzeugung von Geometriemodellen, ein Verfahren zur Herstellung von Umformbauteilen, ein mit einem solchen Verfahren hergestelltes Umformbauteil sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Umformbauteil.The invention relates to a computer-implemented method for estimating the pull-out direction of formed components, two methods for generating geometric models, a method for producing formed components, a formed component produced by such a method, and a vehicle with such a formed component.
Das Umformen ist nach
Bisher wird eine Information über die Auszugsrichtung in entsprechenden Simulationen manuell vorgegeben, was zum einen den Nutzeraufwand erhöht und zum anderen zu Fehlern führen kann.Up to now, information about the pull-out direction has been specified manually in corresponding simulations, which on the one hand increases the user effort and on the other hand can lead to errors.
Die
Ferner offenbart die
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein computerimplementiertes Verfahren zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen anzugeben, welches eine schnelle und zuverlässige Bestimmung der Auszugsrichtung zumindest näherungsweise erlaubt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Umformbauteile und die zur Realisierung dieser Umformbauteile erforderlichen Mittel anzugeben, die sich durch eine schnelle und kostengünstige Entwicklung sowie eine den jeweiligen Anforderungen entsprechende Belastbarkeit auszeichnen.The present invention is based on the object of providing a computer-implemented method for estimating the pull-out direction of formed components, which allows for a rapid and reliable determination of the pull-out direction, at least approximately. A further object of the present invention is to provide formed components and the means required for their production, which are characterized by rapid and cost-effective development and a load-bearing capacity that meets the respective requirements.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Erzeugung eines Geometriemodells mit den Merkmalen des Anspruchs 6, ein Verfahren zur Erzeugung eines Geometriemodells mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Verfahren zur Herstellung eines Umformbauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein entsprechend hergestelltes Umformbauteil gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug, umfassend ein solches Umformbauteil, ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.According to the invention, these objects are achieved by a computer-implemented method for estimating the pull-out direction of formed components with the features of
Ein computerimplementiertes Verfahren zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen weist erfindungsgemäß die folgenden Verfahrensschritte auf:
- - Bereitstellen eines Geometriemodells des Umformbauteils;
- - Diskretisierung des Geometriemodells zum Ableiten eines sich aus einer Vielzahl an Elementen zusammensetzenden Bauteilnetzes;
- - Ermitteln des Normalenvektors für jedes Element des Bauteilnetzes;
- - Ermitteln eines gemittelten Normalenvektors von zumindest einer Teilmenge der Elemente des Bauteilnetzes; und
- - Gleichsetzen der Orientierung des gemittelten Normalenvektors mit der abgeschätzten Auszugsrichtung.
- - Providing a geometric model of the formed component;
- - Discretization of the geometry model to derive a component network composed of a large number of elements;
- - Determine the normal vector for each element of the component mesh;
- - Determining an averaged normal vector of at least a subset of the elements of the component mesh; and
- - Equating the orientation of the averaged normal vector with the estimated extraction direction.
Das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren erlaubt eine automatisierte und damit schnelle und zuverlässige Abschätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen. Dabei wird als einzige Eingangsgröße lediglich ein Geometriemodell des fertigen Umformbauteils benötigt. Bei dem Geometriemodell kann es sich bevorzugt um ein CAD-Modell des Umformbauteils handeln. Es kann sich dabei um ein 2D- oder 3D-Modell handeln.The computer-implemented method according to the invention allows for an automated and thus fast and reliable estimation of the pull-out direction of formed components. The only input required is a geometric model of the finished formed component. The geometric model can preferably be a CAD model of the formed component. It can be a 2D or 3D model.
Zum Ermitteln der Normalenvektoren ist es erforderlich, das Geometriemodell zu diskretisieren. Entsprechende Bauteilnetze stehen in der Praxis gegebenenfalls bereits zur Verfügung. So können für Finite-Elemente-Simulationen nutzbare Finite-Elemente-Netze verwendet werden. Es kann sich herbei beispielsweise um das zur Umformsimulation verwendbare Finite-Elemente-Netz handeln oder ein zur Crashsimulation verwendbares Finite-Elemente-Netz. Das entsprechende Geometriemodell kann Freiformflächen enthalten. Diese Freiformflächen können abgegriffen werden, um Punktwolken daraus abzuleiten. Aus diesen Punktwolken können ebenfalls entsprechende Elemente abgeleitet werden. So können Normalenvektoren für die sich zwischen den Punkten der Punktwolke aufspannenden Flächenelemente erzeugt werden. Es muss also nicht zwangsweise ein Finite-Elemente-Netz einer FEM-Simulation verwendet werden.To determine the normal vectors, the geometric model must be discretized. Corresponding component meshes may already be available in practice. This allows usable finite element meshes for finite element simulations to be used. This could be, for example, the finite element mesh used for forming simulation or a finite element mesh used for crash simulation. The corresponding geometric model can contain freeform surfaces. These freeform surfaces can be tapped to derive point clouds from them. Corresponding elements can also be derived from these point clouds. This allows normal vectors to be generated for the surface elements spanning the points of the point cloud. It is therefore not necessary to use a finite element mesh from an FEM simulation.
Im einfachsten Falle wird der gemittelte Normalenvektor für die Normalenvektoren aller Elemente des Bauteilnetzes durch das Anwenden statistischer Methoden ermittelt. So kann die Orientierung der jeweiligen Normalenvektoren bestimmt werden und über alle Normalenvektoren ein Mittelwert gebildet werden, wie beispielsweise das arithmetische Mittel, der Median oder ein sonstiges Mittel. Die Orientierung des derartig bestimmten gemittelten Normalenvektors entspricht in grober Näherung der tatsächlichen Auszugsrichtung. Diese grobe Näherung kann bereits für die Anwendung in späteren Simulationsschritten ausreichend sein, worauf im Folgenden noch eingegangen wird.In the simplest case, the averaged normal vector for the normal vectors of all elements of the component mesh is determined using statistical methods. This allows the orientation of the respective normal vectors to be determined, and an average value can be calculated across all normal vectors, such as the arithmetic mean, the median, or another mean. The orientation of the averaged normal vector determined in this way roughly corresponds to the actual pull-out direction. This rough approximation may already be sufficient for use in later simulation steps, which will be discussed below.
Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, dass, insbesondere bei flachen Bauteilen, die meisten Elemente orthogonal zur Auszugsrichtung ausgerichtet sind. Somit entspricht die häufigste Richtung der Normalenvektoren der Elemente des Bauteils einer guten Schätzung der tatsächlichen Auszugsrichtung. Dies ermöglicht es für flache Bauteile die Herstellbarkeit in den meisten Fällen sicherzustellen. Flache Bauteile zeichnen sich dabei dadurch aus, dass durch Tiefziehen entstehenden Flanken flächenmäßig kleiner sind als der Rest des jeweiligen Bauteils.The invention is based on the idea that, especially in flat components, most elements are aligned orthogonally to the pull-out direction. Thus, the most common direction of the normal vectors of the component's elements corresponds to a good estimate of the actual pull-out direction. This ensures the manufacturability of flat components in most cases. Flat components are characterized by the fact that the flanks created by deep drawing are smaller in area than the rest of the respective component.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dabei vor, dass die Elemente des Bauteilnetzes in Abhängigkeit der Orientierung ihres jeweiligen Normalenvektors in Gruppen sortiert werden und der gemittelte Normalenvektor für diejenige Gruppe mit der höchsten Elementanzahl gebildet wird. Hierdurch lässt sich eine noch genauere Auszugsrichtung abschätzen. Die Gruppen können dabei auch als sogenannte „Cluster“ bezeichnet werden. Die Orientierung der jeweiligen Normalenvektoren der Elemente des Bauteils wird dabei keine gleichmäßige Verteilung annehmen, sondern typischerweise werden eine, zwei oder mehrere Gruppen von Elementen existieren, deren jeweilige Normalenvektoren eine gewisse Ähnlichkeit zueinander aufweisen, also nur geringfügig voneinander abweichen.An advantageous development of the method according to the invention provides that the elements of the component mesh are sorted into groups depending on the orientation of their respective normal vector, and the averaged normal vector is formed for the group with the highest number of elements. This allows an even more precise extraction direction to be estimated. The groups can also be referred to as so-called "clusters." The orientation of the respective normal vectors of the elements of the component will not assume a uniform distribution; instead, there will typically be one, two, or more groups of elements whose respective normal vectors exhibit a certain similarity to one another, i.e., differ only slightly from one another.
Durch das Berücksichtigen nur derjenigen Gruppe mit der höchsten Elementanzahl zur Bestimmung des gemittelten Normalenvektors, lässt sich der negative Einfluss der übrigen Elemente auf die Richtungsbestimmung des gemittelten Normalenvektors neutralisieren. Da die Normalenvektoren der sonstigen Elemente nicht mit der Auszugsrichtung übereinstimmen, führt die zusätzliche Berücksichtigung der Elemente dieser Gruppen zu einer Abweichung der Orientierung des gemittelten Normalenvektors zur tatsächlichen Auszugsrichtung. Diesem Effekt kann somit entsprechend entgegengetreten werden. Zum Einteilen der Elemente des Bauteilnetzes in die jeweiligen Gruppen können verschiedenste mathematische Verfahren eingesetzt werden.By considering only the group with the highest number of elements to determine the averaged normal vector, the negative influence of the remaining elements on determining the direction of the averaged normal vector can be neutralized. Since the normal vectors of the other elements do not coincide with the extraction direction, additionally considering the elements of these groups leads to a deviation in the orientation of the averaged normal vector from the actual extraction direction. This effect can thus be counteracted accordingly. A wide variety of mathematical methods can be used to classify the elements of the component mesh into the respective groups.
Bevorzugt untersucht ein Maschinenlernmodell auf der Basis des unüberwachten Lernens die Normalenvektoren der Elemente des Bauteilnetzes auf charakteristische Muster hin, und ordnet die Elemente den respektiven Gruppen in Abhängigkeit der aufgefundenen Muster zu, wobei das Maschinenlernmodell zum Beispiel auf dem k-means-Algorithmus basiert. Mit Hilfe künstlicher Intelligenz, insbesondere in Form von Methoden des maschinellen Lernens, besonders bevorzugt auf Basis des unüberwachten Lernens, lassen sich charakteristische Muster in der Verteilung der Orientierung der Normalenvektoren besonders schnell und zuverlässig auffinden. Da die Normalenvektoren der Elemente als Information die Orientierung der jeweiligen Elemente enthalten, wird es sich bei den entsprechenden charakteristischen Mustern somit um eine Ähnlichkeit der jeweiligen Orientierung der Normalenvektoren handeln. Das Maschinenlernmodell bestimmt dabei den Toleranzgrad, wie stark die Orientierung der einzelnen Normalenvektoren zueinander abweichen darf, um den entsprechenden Gruppen zugeordnet zu werden. Die Anzahl der Gruppen kann dabei fest vorgegeben sein oder durch das Maschinenlernmodell selbst ermittelt werden. Unüberwachtes Lernen bezeichnet dabei eine Methode des maschinellen Lernens, bei der der Algorithmus lernt, selbstständig und ohne Überwachung Muster und Zusammenhänge in Daten explorativ zu erkennen. Generell können alle gängigen unüberwachten Lernalgorithmen eingesetzt werden, wobei sich insbesondere k-means aufgrund seiner Effizienz und Einfachheit besonders auszeichnet.Preferably, a machine learning model based on unsupervised learning examines the normal vectors of the elements of the component network for characteristic patterns and assigns the elements to the respective groups depending on the patterns found. The machine learning model is based, for example, on the k-means algorithm. With the help of artificial intelligence, in particular in the form of machine learning methods, particularly preferably based on unsupervised learning, characteristic patterns in the distribution of the orientation of the normal vectors can be found particularly quickly and reliably. Since the normal vectors of the elements contain the orientation of the respective elements as information, the corresponding characteristic patterns will thus be a similarity of the respective orientation of the normal vectors. The machine learning model determines the degree of tolerance, how much the orientation of the individual normal vectors may deviate from one another in order to be assigned to the corresponding groups. The number of groups can be fixed or determined by the machine learning model itself. Unsupervised learning refers to a machine learning method in which the The algorithm learns to independently and unsupervisedly identify patterns and relationships in data. Generally, all common unsupervised learning algorithms can be used, with k-means being particularly effective due to its efficiency and simplicity.
Bevorzugt werden dabei die dem Maschinenlernmodell zugrunde liegenden Hyperparameter feinjustiert, insbesondere mittels einer Netzsuche. Das Feintunen der Hyperparameter von Maschinenlernmodellen ist generell hinreichend bekannt, siehe hierzu beispielsweise: Your Data Teacher, Online courses and lessons about data science, machine learning and artificial intelligence, hyperparameter tuning. Grid search and random search, by Gianluca Malato, 19. Mai 2021, https://www.yourdatateacher.com/2021/05/19/hyperparameter-tuning-grid-search-andrandom-search/, abgerufen am 24.07.2023 um 16.40 Uhr.Preferably, the hyperparameters underlying the machine learning model are fine-tuned, particularly using a grid search. Fine-tuning the hyperparameters of machine learning models is generally well known; see, for example, Your Data Teacher, Online courses and lessons about data science, machine learning and artificial intelligence, hyperparameter tuning. Grid search and random search, by Gianluca Malato, May 19, 2021, https://www.yourdatateacher.com/2021/05/19/hyperparameter-tuning-grid-search-andrandom-search/, accessed on July 24, 2023, at 4:40 p.m.
Insbesondere wird dabei die Anzahl der Gruppen optimiert. Ob eine optimale Anzahl an Gruppen aufgefunden wurde, kann zum Beispiel mit Hilfe einer Visualisierung der entstehenden Gruppen bewertet werden. Für dieses Vorgehen wird beispielsweise verwiesen auf: Schwenker, F., Palm, G. (1995). Methoden zur Clusteranalyse und Visualisierung hochdimensionaler Datenmengen. In: Sagerer, G., Posch, S., Kummert, F. (EDS) Mustererkennung 1995. Informatik aktuell. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-79980-8_64.In particular, the number of groups is optimized. Whether an optimal number of groups has been found can be assessed, for example, by visualizing the resulting groups. For this approach, see, for example, Schwenker, F., Palm, G. (1995). Methods for cluster analysis and visualization of high-dimensional data sets. In: Sagerer, G., Posch, S., Kummert, F. (EDS) Pattern Recognition 1995. Computer Science Today. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-79980-8_64.
Der Begriff „Netzsuche“ ist dabei auch besser bekannt unter dem Begriff „grid search“.The term “network search” is also better known as “grid search”.
Das Feinjustieren der Hyperparameter erlaubt ein noch zutreffenderes Auffinden geeigneter Gruppen, was letztendlich ein noch genaueres Ermitteln der abgeschätzten Auszugsrichtung erlaubt.Fine-tuning the hyperparameters allows for an even more accurate detection of suitable groups, which ultimately allows for an even more accurate determination of the estimated pull-out direction.
Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden ausschließlich solche Gruppen berücksichtigt, deren Elemente hinternschnittfrei sind. Dies erlaubt auch das Bestimmen einer abgeschätzten Auszugsrichtung für nichtflache Bauteile. Eine Gruppe bzw. ein sogenanntes Clusterzentrum ist hinterschnittfrei, wenn eine Projektion des Bauteilnetzes auf eine zu dieser normalen orthogonalen Eben keine Überdeckung der Elemente des projizierten Netzes aufweist. Dies erlaubt es für eine noch größere Gruppe an Umformbauteilen Auszugsrichtungen abzuschätzen.According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, only those groups are considered whose elements are free of undercuts. This also allows the determination of an estimated pull-out direction for non-flat components. A group, or a so-called cluster center, is free of undercuts if a projection of the component mesh onto a plane normal to this orthogonal plane does not show any overlap of the elements of the projected mesh. This allows the estimation of pull-out directions for an even larger group of formed components.
Ein Verfahren zur Erzeugung eines Geometriemodells sieht erfindungsgemäß vor, dass die dem Geometriemodell zugrunde liegende Bauteilgeometrie mittels einer Simulation zur Bewertung der Fertigbarkeit eines Umformbauteils optimiert wird, wobei die Simulation mit einer im vorigen beschriebenen Verfahren ermittelten abgeschätzten Auszugsrichtung parametriert wird. Zur Straffung des Entwicklungsprozesses von Umformbauteilen werden Fertigbarkeitssimulationen durchgeführt, mit deren Hilfe ermittelt werden kann, ob das zu erzeugende Umformbauteil mit den gewählten Prozessparametern herstellbar ist, oder nicht. So könnte beispielsweise die hergestellte Zielform von der gewünschten Form abweichen oder das Bauteil könnte im Umformprozess versagen, beispielsweise könnten sich Risse, Beulen oder Löcher bilden. Wenn dies der Fall ist, wird die Bauteilgeometrie geändert, so lange bis eine die Anforderungen erfüllende Bauteilgeometrie aufgefunden wurde.A method for generating a geometric model according to the invention provides that the component geometry underlying the geometric model is optimized by means of a simulation to evaluate the manufacturability of a formed component, wherein the simulation is parameterized with an estimated pull-out direction determined in the method described above. To streamline the development process for formed components, manufacturability simulations are carried out with the aid of which it can be determined whether or not the formed component to be produced can be manufactured with the selected process parameters. For example, the manufactured target shape could deviate from the desired shape or the component could fail during the forming process, e.g., cracks, dents, or holes could form. If this is the case, the component geometry is changed until a component geometry that meets the requirements is found.
Indem Simulationen durchgeführt werden anstelle von Hardware-Tests bzw. Experimenten, können der Aufwand, die Entwicklungszeit und Kosten eingespart werden. Durch das Verwenden der gemäß eines im vorigen beschriebenen Verfahrens abgeschätzten Auszugsrichtung lässt sich in einer guten Näherung die tatsächliche Auszugrichtung für die Simulation verwenden. Somit sinkt das Risiko aufgrund einer falsch gewählten Auszugsrichtung falsche Simulationsergebnisse zu erhalten. Zudem wird die Auszugsrichtung automatisiert ermittelt, wodurch der manuelle Aufwand zum Übergeben der manuell bestimmten Auszugsrichtung in das entsprechende Simulationsmodell sinkt.By performing simulations instead of hardware tests or experiments, effort, development time, and costs can be saved. By using the pull-out direction estimated according to a method described above, the actual pull-out direction can be used for the simulation to a good approximation. This reduces the risk of obtaining incorrect simulation results due to an incorrectly selected pull-out direction. Furthermore, the pull-out direction is determined automatically, reducing the manual effort required to transfer the manually determined pull-out direction to the corresponding simulation model.
Ein weiteres Verfahren zur Erzeugung eines Geometriemodells sieht erfindungsgemäß vor, dass die dem Geometriemodell zugrunde liegende Bauteilgeometrie mittels einer Unfallsimulation optimiert wird, wobei die Simulation ebenfalls mit einer gemäß eines im vorigen beschriebenen Verfahrens abgeschätzten Auszugsrichtung parametriert wird. Durch den Umformprozess entstehen Materialveränderungen im Umformbauteil selbst. Wird die Auszugsrichtung falsch angegeben, werden die Materialveränderungen im Bauteil von der Realität abweichen. Daher ist es relevant, nach Möglichkeit die Auszugsrichtung so genau wie möglich, also in größtmöglicher Übereinstimmung mit der Realität, zu definieren. Je nach Simulationsumgebung kann dabei die Auszugsrichtung direkt in der entsprechenden Unfallsimulation eingegeben werden oder auch indirekt, durch das Parametrieren einer der Unfallsimulation vorhergehenden Umformsimulation. So werden unter Berücksichtigung der mittels eines im vorigen beschriebenen Verfahrens abgeschätzten Auszugsrichtung besonders realitätsnahe Materialveränderungen durch die Umformsimulation im Umformbauteil vorhergesagt. Das derartige Umformbauteil wird dann für die Unfallsimulation verwendet. Aufgrund einer besser approximierten initialen plastischen Dehnung und Dickenänderung der Elemente wird sich dann das entsprechende Bauteil in der Unfallsimulation in größerer Übereinkunft mit einem tatsächlich hergestellten Bauteil verhalten. Somit lassen sich realitätsnähere Ergebnisse erhalten.Another method for generating a geometric model according to the invention provides that the component geometry underlying the geometric model is optimized using an accident simulation, wherein the simulation is also parameterized with a pull-out direction estimated according to a method described above. The forming process causes material changes in the formed component itself. If the pull-out direction is incorrectly specified, the material changes in the component will deviate from reality. It is therefore important to define the pull-out direction as precisely as possible, i.e., in the greatest possible agreement with reality. Depending on the simulation environment, the pull-out direction can be entered directly in the corresponding accident simulation or indirectly, by parameterizing a forming simulation preceding the accident simulation. Thus, taking into account the pull-out direction estimated using a method described above, particularly realistic material changes in the formed component are predicted by the forming simulation. This formed component is then used for the accident simulation. Due to a better approximated initial plastic strain and thickness change of the elements, the corresponding component in the accident simulation will then be in greater agreement with an actually produced component. This allows for more realistic results.
Die jeweilige Simulation zur Bewertung der Fertigbarkeit des Umformbauteils und/oder die jeweilige Unfallsimulation, gegebenenfalls mit vorheriger Umformsimulation, erlaubt es, wenn das der Simulation zugrunde liegende Bauteil den Anforderungen nicht gerecht wird, die Geometrie des Umformbauteils zu überarbeiten. Auf diese Art und Weise lässt sich die Bauteilgeometrie optimieren, bis die Anforderungen erfüllt werden können. Das Verwenden der mittels eines im vorigen beschriebenen Verfahrens abgeschätzten Auszugsrichtung erleichtert das Vorgehen, aufgrund des reduzierten manuellen Aufwands und der höheren Genauigkeit.The respective simulation for evaluating the manufacturability of the formed component and/or the respective accident simulation, possibly with prior forming simulation, allows the geometry of the formed component to be revised if the component underlying the simulation does not meet the requirements. In this way, the component geometry can be optimized until the requirements can be met. Using the pull-out direction estimated using a method described above simplifies the process due to reduced manual effort and greater accuracy.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Umformbauteils sieht erfindungsgemäß vor, dass die Prozessparameter einer Umformmaschine zur Herstellung des Umformbauteils basierend auf der Bauteilgeometrie eines nach einem im vorigen beschriebenen Verfahrens erzeugten Geometriemodells angepasst werden. Die gemäß eines im vorigen beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung des Geometriemodells aufgefundene optimierte Bauteilgeometrie kann bevorzugt also dazu verwendet werden, eine entsprechende Umformmaschine zur Herstellung des jeweiligen Umformbauteils einzustellen. Somit können die die jeweiligen Anforderungen erfüllenden Umformbauteile tatsächlich gefertigt werden. Die entsprechenden Bauteile lassen sich somit mit einer kürzeren Entwicklungsdauer fertigen, zum einen da die abgeschätzte Auszugsrichtung automatisiert bestimmt und in entsprechende Simulationsmodelle eingepflegt wird, und zum anderen, da weniger Iterationen zum Optimieren der jeweiligen Bauteilgeometire erforderlich sind, da die jeweiligen Simulationen unter Berücksichtigung der abgeschätzten Auszugsrichtung das Ermitteln von genaueren Ergebnissen erlauben. Somit lässt sich das jeweilige Umformbauteil günstiger herstellen.A method for producing a formed component according to the invention provides that the process parameters of a forming machine for producing the formed component are adapted based on the component geometry of a geometric model generated according to a method described above. The optimized component geometry determined according to a method for generating the geometric model described above can therefore preferably be used to adjust a corresponding forming machine for producing the respective formed component. Thus, the formed components that meet the respective requirements can actually be manufactured. The corresponding components can thus be manufactured with a shorter development time, firstly because the estimated pull-out direction is determined automatically and incorporated into corresponding simulation models, and secondly because fewer iterations are required to optimize the respective component geometries, since the respective simulations, taking the estimated pull-out direction into account, allow for the determination of more precise results. The respective formed component can thus be manufactured more cost-effectively.
Ein erfindungsgemäßes Umformbauteil wird entsprechend mit einem solchen Herstellungsverfahren hergestellt.A formed component according to the invention is accordingly manufactured using such a manufacturing method.
Ein Fahrzeug weist erfindungsgemäß wenigstens ein derartig hergestelltes Umformbauteil auf. Es können dabei auch mehrere solcher Umformbauteile zu eine Baugruppe zusammengeschlossen sein. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Straßenfahrzeug wie einen Pkw, Lkw, Transporter, Bus oder dergleichen, oder auch um ein Schienenfahrzeug, Wasserfahrzeug oder Luftfahrzeug handeln. Bei den entsprechenden Umformbauteilen kann es sich um sogenannte flache Bauteile handeln, die beispielsweise mittels Tiefziehen hergestellt werden. Es kann sich beispielsweise um Beplankungen, Trennwände, Bodenbleche oder dergleichen handeln. Es kann sich jedoch auch um sogenannte nichtflache Bauteile handeln. Die im Zusammenhang mit der Entwicklung und Herstellung der entsprechenden erfindungsgemäßen Umformbauteile beschriebenen Vorteile lassen sich entsprechend auf das erfindungsgemäße Fahrzeug übertragen. So lässt sich die Entwicklungszeit für das Fahrzeug und damit die Herstellungskosten reduzieren.According to the invention, a vehicle has at least one formed component produced in this way. Several such formed components can also be combined to form an assembly. The vehicle can be any road vehicle such as a car, truck, van, bus or the like, or even a rail vehicle, watercraft or aircraft. The corresponding formed components can be so-called flat components, which are produced, for example, by deep drawing. They can be, for example, paneling, partition walls, floor panels or the like. However, they can also be so-called non-flat components. The advantages described in connection with the development and production of the corresponding formed components according to the invention can be transferred accordingly to the vehicle according to the invention. This allows the development time for the vehicle and thus the production costs to be reduced.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des computerimplementierten Verfahrens zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen, der Verfahren zur Erzeugung von Geometriemodellen, dem Verfahren zur Herstellung von Umformbauteilen, eines entsprechenden Umformbauteils und eines Fahrzeugs, umfassend zumindest ein solches Umformbauteil, ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.Further advantageous embodiments of the computer-implemented method for estimating the pull-out direction of formed components, the method for generating geometric models, the method for producing formed components, a corresponding formed component and a vehicle comprising at least one such formed component also emerge from the exemplary embodiments which are described in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung des Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Schätzung der Auszugsrichtung von Umformbauteilen; -
2 eine schematisierte Ansicht eines Bauteilnetzes eines flachen Umformbauteils mit darauf eingezeichneten gemittelten Normalenvektoren; -
3 eine schematisierte Ansicht eines Bauteilnetzes eines hinterschnittfreien Umformbauteils mit darauf eingezeichneten gemittelten Normalenvektoren; und -
4 ein Ablaufdiagramm zur Entwicklung und Fertigung eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
-
1 a schematic representation of the sequence of a method according to the invention for estimating the pull-out direction of formed components; -
2 a schematic view of a component mesh of a flat forming component with averaged normal vectors drawn on it; -
3 a schematic view of a component mesh of an undercut-free forming component with averaged normal vectors drawn on it; and -
4 a flow chart for the development and production of a vehicle according to the invention.
Die Auszugsrichtung 1 von Umformbauteilen 2 stellt einen wichtigen Parameter für Simulationen dar, um die Fertigbarkeit der jeweiligen Umformbauteile 2 zu bewerten sowie für Unfallsimulationen. Der manuelle Aufwand zum Ermitteln und Eingeben der tatsächlichen Auszugsrichtung als Parameter in die jeweilige Simulation ist mit einem hohen Aufwand verbunden und kann zu Fehlern führen. Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahrens zur Schätzung der Auszugsrichtung 1 der Umformbauteile 2 lässt sich dieses Vorgehen automatisieren und damit die erforderliche Zeitdauer reduzieren und das Risiko des Auftretens von Fehlern abmindern.The pull-out
In einem Verfahrensschritt 102 wird das Geometriemodell 3 diskretisiert, um ein sich aus einer Vielzahl an Elementen 4 zusammensetzendes Bauteilnetz 5 daraus abzuleiten. Hierbei kann es sich beispielsweise um ein Finite-Elemente-Netz handeln.In a
In einem Verfahrensschritt 103 werden für jedes Element 4 des Bauteilnetzes 5 die respektiven Normalenvektoren 6 ermittelt.
In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt 104 wird ein gemittelter Normalenvektor 7 für zumindest eine Teilmenge der Elemente 4 des Bauteilnetzes 5 bestimmt. Hierzu können bewährte Methoden der Statistik verwendet werden. Besonders bevorzugt werden die Normalenvektoren 6 der Elemente 4 des Bauteilnetzes 5 entsprechend ihrer Orientierung zu Gruppen aggregiert, bevorzugt unter Verwendung eines unüberwachten Lernmodells. Das entsprechende Maschinenlernmodell basiert bevorzugt auf dem k-means-Algorithmus.In a
Bevorzugt wird dann der gemittelte Normalenvektor 7 für diejenige Gruppe an Elementen 4 mit der höchsten Elementanzahl gebildet und für den nächsten Verfahrensschritt genutzt.Preferably, the averaged
Im Verfahrensschritt 105 wird dann die Orientierung des gemittelten Normalenvektors 7 mit der abgeschätzten Auszugsrichtung 1 gleichgesetzt. Die abgeschätzte Auszugsrichtung 1 entspricht näherungsweise der tatsächlichen Auszugsrichtung, kann jedoch von dieser in tolerierbaren Grenzen abweichen.In
In einem Verfahrensschritt 401 wird die Auszugsrichtung 1, wie im vorigen beschrieben, aus dem jeweiligen Geometriemodell 3 abgeleitet. Die abgeschätzte Auszugsrichtung 1 wird dann in einem Verfahrensschritt 402 bereitgestellt. Die Verfahrensschritte 403 bis 405 beschreiben das Durchführen einer Simulation zur Bewertung der Fertigbarkeit des Umformbauteils 2 und die Verfahrensschritte 406 bis 408 beschreiben das Durchführen einer Unfallsimulation unter Verwendung der entsprechenden Bauteilgeometrie des Umformbauteils 2.In a
Im Verfahrensschritt 403 wird die Simulation zur Bewertung der Fertigbarkeit des Umformbauteils 2 durchgeführt, wobei die abgeschätzte Auszugsrichtung 1 im jeweiligen Simulationsmodell verwendet wurde. Im Verfahrensschritt 404 wird das Ergebnis erhalten. Im Verfahrensschritt 405 wird geprüft, ob die verwendete Bauteilgeometrie den Anforderungen entspricht, also, ob das jeweilige Umformbauteil 2 unter den jeweiligen Prozessbedingungen fertigbar ist. Ist dies nicht der Fall, so beginnt das Verfahren erneut im Verfahrensschritt 401 mit einer abgewandelten Bauteilgeometrie. Werden die Anforderungen hingegen erfüllt, so schreitet das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 409 fort.In
Im Verfahrensschritt 406 wird eine Unfallsimulation basierend auf dem jeweiligen Umformbauteil 2 und der abgeschätzten Auszugsrichtung 1 durchgeführt. Der Unfallsimulation kann eine Umformsimulation unter Berücksichtigung der Auszugsrichtung 1 vorausgehen, um die sich aufgrund des Umformprozesses im Bauteil einstellenden Vorspannungen abzuschätzen (nicht dargestellt). Im Verfahrensschritt 407 wird das Ergebnis der Unfallsimulation erhalten. Im Verfahrensschritt 408 erfolgt dann eine Bewertung, ob das Umformbauteil die jeweiligen Anforderungen erfüllt, also eine ausreichende Crashsicherheit gegeben ist. Ist dies nicht der Fall, so wird erneut der Verfahrensschritt 401 durchgeführt, basierend auf einer veränderten Bauteilgeometrie des Umformbauteils 2. Werden die Anforderungen hingegen erfüllt, so schreitet das Verfahren mit dem Verfahrensschritt 409 fort.In
Im Verfahrensschritt 409 wird die optimierte Bauteilgeometrie des Umformbauteils 2 aufgefunden. Das jeweilige Umformbauteil 2 kann nun gefertigt werden.In
Hierzu wird im nächsten Schritt 410 eine entsprechende Umformmaschine eingestellt, um die entsprechende Bauteilgeometrie herzustellen.For this purpose, in the
Im Verfahrensschritt 411 wird das entsprechende Umformbauteil 2 gefertigt.In
Im Verfahrensschritt 412 wird das Umformbauteil 2 bzw. eine entsprechende Baugruppe aus mehreren solchen Umformbauteilen 2 in das Fahrzeug eingebaut bzw. dient als Grundgerüst zur Herstellung des Fahrzeugs.In
Das jeweilige Fahrzeug wird wie üblich gefertigt und im Verfahrensschritt 413 fertiggestellt.The respective vehicle is manufactured as usual and completed in
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10 2016 001 837 A1 [0004]DE 10 2016 001 837 A1 [0004]
- US 2008/0243442 A1 [0005]US 2008/0243442 A1 [0005]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- DIN 8580 [0002]DIN 8580 [0002]
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